195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎的設計

唐 鵬

（四川海大橡膠集團有限公司，四川 簡陽 641402）

隨著歐洲對冬季輪胎使用要求的提高，特別是加拿大、挪威、瑞典等國家冬季幾乎全部被冰雪覆蓋，政府頒布法令，要求在冬天強制使用冬季輪胎[1]。結合當前市場情況，重點面向歐洲出口，同時兼顧國內市場，我公司開發了195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎，現將輪胎的設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據歐洲ETRTO—2018標準，并參照美國TRA 2012標準，確定195/60R15 88T雪地輪胎的技術參數為：標準輪輞 6J，充氣外直徑（D′）（615±7） mm，充氣斷面寬（B′） （201±8） mm，標準負荷 560 kg，標準充氣壓力 250 kPa。

2 結構設計

采用最佳張力輪廓設計原理進行產品輪廓設計，使輪胎的胎肩-胎側-胎圈形成“剛-柔-剛”匹配，即帶束層端點的張力提升，胎圈部分剛性提高，胎側張力相對減小，以保證在冰雪路面有良好的操控性能。輪胎的整體力學特性借助有限元力學分析軟件和模擬試驗軟件進行驗證和改進。

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎胎體簾線的變形和徑向變化受剛性較大的帶束層限制，在充氣狀態下D基本不變或略有增大，B則隨著胎體簾線的不同而不同?？紤]到輪胎硫化時不進行后充氣，根據以往經驗，D取613 mm，B取204 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎抓著性、轉向性、牽引力、耐磨性能等。一般來說，增大b、減小h，可以有效增大輪胎的接地面積、減小平均接地壓力，從而提高輪胎的耐磨性能。輪廓設計則是輪胎接地印痕是否理想的關鍵因素。通過有限元仿真分析優化設計，確定b取158 mm，h取7 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞間緊密配合，防止使用過程中輪胎與輪輞發生相對位移，本次設計輪胎與輪輞采取過盈配合方式。輪輞直徑為380.2 mm，則d取379 mm。

胎趾位置和形狀影響輪胎剛度和承載性能，結合輪輞尺寸及設計經驗，本次設計C采用加寬設計，取165 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面水平軸位置是胎側最薄處，變形量最大，影響著胎圈和胎肩位置的應力分布。H1/H2一般取0.9～1.2，通過有限元分析優化，并結合其使用中上胎側易脫空爆裂等缺陷，斷面水平軸應略靠上胎側。綜合考慮使用要求和耐久性能，本次設計H1/H2取1.008。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋影響著輪胎的耐磨性能、抓著性能、節油性能和操縱性能。由于該產品主要針對歐洲市場開發，產品性能必須通過ECE R117法規；該產品主要在雪地和冰面上行駛，其雪地和冰地抓著力必須達到要求。因此胎面花紋設計采用了單導向V形花紋，以增強輪胎的排水和排雪能力，提高冬季雪地行駛的剎車及安全操控性能。再配合高密度3D波狀刀槽花紋，同時采用IBS（交錯型細槽花紋）技術，有效提高了輪胎在冰雪路面的抓著力，保證了極端條件下的行駛安全性，縮短了制動距離。胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面膠采用新型溶聚丁苯橡膠及新型高分散性白炭黑VN3和硅烷偶聯劑，具有低溫性能與抗濕滑性能的最佳匹配。結合高彈性、低生熱胎冠膠專利配方，更好地提升輪胎緩沖性能和高速性能，達到輪胎在冰雪路面上高操縱性和高防滑性要求。胎面采用三方四塊結構，胎面膠和基部膠各一塊，胎側膠兩塊，采用冷喂料三復合擠出。

3.2 胎體和帶束層

胎體骨架材料影響輪胎胎側剛性、轉向性能和操縱穩定性[2]。本次設計胎體采用1層1670dtex/2-100 DSP聚酯簾布，簾布裁斷角度為90°。帶束層采用2層3×0.30HT鋼絲簾布，以增強胎面冠部強度和剛度，提高輪胎耐磨、轉向和安全等性能。

3.3 胎圈

胎圈采用六角形鋼絲圈結構，鋼絲直徑為1.3 mm，覆膠鋼絲直徑為1.46 mm，鋼絲排列形式為4-5-4-3，胎圈安全倍數達到要求。

3.4 成型

采用半鼓式成型機，機頭直徑為412.7 mm、寬度為330 mm，采用冠包側方式，半成品部件接頭按固定分角度錯開分布，各型膠接頭自動滾壓，骨架材料自動定長裁斷，各部件貼合采用自動糾偏，保證胎坯成型精度及成品質量和動平衡等性能。

3.5 硫化

硫化采用液壓硫化機，充氮硫化后無后充氣，硫化條件為：內溫 （200±2） ℃，外溫 （177±2）℃，氮氣壓力 23 MPa，硫化時間 13 min。成品輪胎無缺膠等不良現象。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照ECE-R54進行外緣尺寸測量，將成品輪胎置于標準輪輞上，在標準充氣壓力下測量的D′和B′分別為612和202 mm，符合設計要求。

4.2 室內試驗

輪胎室內性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能試驗方法》進行測試。

4.2.1 強度性能

強度性能測試充氣壓力為180 kPa，壓頭直徑為19 mm，測試最小破壞能為534 J，為標準規定值的181%，符合標準要求。

4.2.2 脫圈阻力

脫圈阻力測試充氣壓力為180 kPa，得到最小脫圈阻力為12 205 J，為標準規定值的137%，符合標準要求。

4.2.3 高速性能

高速性能試驗充氣壓力為280 kPa，負荷為448 kg，試驗至第5階段輪胎損壞，累計行駛時間為95 min，試驗結束時速度為210 km·h-1，符合標準要求。

4.2.4 耐久性能

耐久性及低氣壓耐久性試驗條件見表1。在達到標準要求時間后，停機檢查，輪胎無破壞。

表1 成品輪胎耐久性和低氣壓耐久性試驗條件

5 結語

195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能、耐久性能及低氣壓耐久性能均達到ETRTO標準要求，標簽數據達到歐盟認可第2階段數據，取得了EMARK認證及噪聲認證證書，雪地性能測試達到標準。

該系列產品投放歐美市場后，由于輪胎優良的性能和較高的性價比，得到客戶的認可，取得了良好的經濟效益和社會效益。